圆CFRP钢复合管混凝土轴压短柱试验研究

通过对8根圆CFRP(碳纤维增强塑料)钢复合管混凝土轴压短柱和4根圆钢管混凝土轴压短柱极限承载力的试验,研究CFRP对圆钢管混凝土轴压短柱的增强效果.分析了钢管约束效应系数和CFRP筒约束效应系数等对圆CFRP钢复合管混凝土轴压短柱极限承载力的影响.在本次试验的参数范围内,CFRP对圆钢管混凝土轴压短柱极限承载力的提高率近似随着CFRP的增加而线性增加;在其它条件相同的情况下,钢管约束效应系数越大,CFRP对圆钢管混凝土轴压短柱极限承载力的提高率越小.     

圆钢加固钢管混凝土偏压构件弯曲性能提升机制

为探索拱腹焊接圆钢对钢管混凝土偏压构件弯曲性能的提升机制,在ABAQUS软件中建立了圆钢加固钢管混凝土梁数值模型,并采用试验数据验证了模型的合理性。通过分析圆钢加固钢管混凝土偏压构件的弯矩-挠度曲线、弯矩-纵向应变曲线、环向应变曲线、约束指数和中性轴偏移规律,揭示了焊接圆钢对钢管混凝土偏压构件弯曲性能的提升机制。进一步,分析了圆钢直径以及构件长细比对圆钢加固钢管混凝土偏压构件弯曲性能的影响规律。结果表明：焊接圆钢可以降低截面中性轴的位置,增大受压侧钢管环向应变,从而提高了受压区混凝土面积,增强了受压侧钢管对混凝土的约束作用,进一步提升钢管混凝土偏压构件的抗弯承载力和弯曲刚度,并且圆钢直径越大提升幅度越高;圆钢加固钢管混凝土偏压构件的极限弯矩随着轴压比的增加而减小,减小的幅度随着圆钢直径和构件长细比的增加而增大,焊接圆钢提升大长细比偏压构件弯曲性能的效果更好,且对大长细比构件弯曲性能的提升效果随着轴压比的增加而增大。     

圆钢管约束高强混凝土短柱的轴压力学性能

为研究圆钢管约束高强混凝土短柱的轴压力学性能,进行6个短柱试件在循环轴压荷载作用下的试验研究.试验中的主要参数为钢管径厚比(26和42).试验结果表明,圆钢管约束高强混凝土短柱的轴压承载力高于同条件的普通钢管混凝土构件,但两种构件的延性无显著差异;随钢管中纵向应力的降低,构件的轴压承载力提高.对构件的应力分析结果表明,圆钢管约束高强混凝土轴压短柱中,钢管对核心混凝土的约束效果高于普通钢管混凝土构件;钢管约束高强混凝土轴压短柱的峰值荷载点对应于钢管的屈服点.     

钢管约束钢筋混凝土压弯构件抗震性能与设计方法

为研究钢管约束钢筋高强混凝土压弯构件的抗震性能和设计方法,进行圆钢管和方钢管约束钢筋高强混凝土压弯构件的滞回性能试验研究.试验结果表明,由于钢管对核心混凝土的有效约束,核心高强混凝土柱的承载力、延性和耗能能力得到显著提高.在轴压比和钢管径厚比相同的条件下,圆钢管约束钢筋混凝土压弯构件的抗弯承载力和延性明显优于方钢管约束钢筋混凝土.根据试验结果,建立钢管约束钢筋混凝土压弯构件的纤维模型方法和截面抗弯承载力计算方法,计算结果与试验结果吻合极好.     

双层圆钢管混凝土长柱压扭滞回性能试验

为研究双层圆钢管混凝土长柱在压、扭荷载作用下的力学性能,利用研制的Stewart六自由度加载平台,进行了两个普通圆钢管混凝土长柱和两个双层圆钢管混凝土长柱试件在纯扭、压扭作用下的低周往复试验。对比分析了各试件的承载力、扭转变形、耗能、滞回性能,进行了有限元参数分析。研究表明：普通圆钢管混凝土长柱和双层圆钢管混凝土长柱均具有较好的抗扭能力;与普通圆钢管混凝土长柱相比,双层圆钢管混凝土长柱的初始刚度和承载力略有提升,滞回曲线更饱满,耗能能力和延性大幅提升;参数分析表明含钢率一定时,内层钢管径厚比越大,对抗扭越有利;一定范围内的轴向荷载,可提高钢管混凝土柱的抗扭能力。     

圆CFRP—钢管混凝土轴压短柱荷载—变形关系分析

目的 深入了解圆CFRP-钢管混凝土轴压短柱的静力性能.方法 以试验研究为基础.依据圆CFRP-钢管约束混凝土在轴压力作用下的应力-应变关系,采用纤维模型法模拟圆CFRP-钢管混凝土轴压短柱的荷载-变形关系;分析了钢管约束效应系数和CFRP筒约束效应系数对圆CFRP-钢管混凝土轴压短柱力学性能的影响.结果 计算值与试验值吻合良好且偏于安全.结论 总结了典型的圆CFRP-钢管混凝土轴压短柱荷载一变形关系曲线特点,该曲线可以分为4阶段:弹性阶段、弹塑性阶段、塑性增强阶段和软化阶段;该方法 也可用于圆钢管混凝土轴压短柱的荷载-变形关系分析.     

异形多腔钢管混凝土柱往复轴压性能试验

为研究内置钢筋笼及内置圆钢管对异形多腔钢管混凝土柱在往复轴压作用下受力性能的影响,进行了3个以Z15大厦为原型的大尺寸异形多腔钢管混凝土柱试件的往复轴压试验,分析了各试件的损伤演化、加卸载全曲线、骨架曲线、承载能力、变形能力、刚度及刚度退化、累积耗能及应变,并采用多国规范对3个试件进行了轴压承载力计算.结果表明:内置钢筋笼能够有效提高试件初始刚度及承载能力;内置圆钢管能够进一步提高试件初始刚度和承载力,且能够显著提高试件的延性、累积耗能能力及后期工作性能;采用各国规范计算得到的承载力结果,因均未考虑横隔板的作用及内外钢板不同的屈服机理,均显著小于试验值。因此需要进一步研究适用于多腔钢管混凝土柱的承载力计算方法,同时,建议实际工程中内置圆钢管来提高异形多腔钢管混凝土柱性能.     

复合钢管混凝土轴压短柱非线性有限元分析

基于ABAQUS非线性有限元软件建立了外方内圆复合钢管混凝土轴压短柱的有限元模型,并进行了短柱受轴向荷载作用下的有限元模拟,轴压极限承载力和荷载-变形曲线的数值计算结果与相应的试验实测结果吻合较好.受压时,方形和圆形钢管分别对核心混凝土产生约束作用,使得复合钢管混凝土柱具有较好的延性和较高的剩余承载力.基于非线性有限元模型,开展了复合钢管混凝土轴压短柱在不同参数下的受力分析.通过试验和理论分析发现,一定壁厚情况下,随着内部圆钢管直径增大,复合钢管混凝土轴压短柱极限承载力和剩余承载力的变化先增大后减小.     

截面长宽比对矩形钢管高强混凝土力学性能的影响

采用数值分析方法分析了矩形钢管高强混凝土轴压短柱、偏压短柱、轴压长柱、偏压长柱及受弯构件的力学性能,理论分析结果和试验结果进行了对比,两者吻合较好。在此基础上利用数值分析程序,通过大量算例的计算,分析了截面长宽比对矩形钢管混凝土轴压、偏压构件及受弯构件力学性能的影响.研究结果表明:截面长宽比在1.0~1.6内变化时对矩形钢管混凝土轴压构件承载力的影响很小,对构件纵向应力-应变关系曲线的下降段有较显著影响;当长细比相同时,截面长宽比对压弯构件相关曲线的影响也较小;矩形钢管混凝土绕强轴的抗弯承载力和刚度随着截面长宽比的增加而增大,绕弱轴的变化规律正好相反.     

圆钢管再生混凝土柱轴压试验研究

通过8根圆钢管再生混凝土柱进行轴压试验,研究构件长细比、钢管壁厚以及添加废弃混凝土块体等因素对试件轴压性能的影响,获得试件承载力、轴向变形、轴向和环向应变等参数。试验表明,钢管再生混凝土试件主要为弹塑性失稳破坏;构件长细比对试件的承载力有一定影响,轴向承载力随着试件的长细比的增大而减小;钢管壁厚对试件的承载力影响较大,钢管壁厚越大,其极限承载力就越大;添加混凝土块体对轴压承载力影响不大。     

圆钢管再生混凝土轴压短柱有限元分析

为了更深入地研究圆钢管再生混凝土轴压短柱的力学性能,对圆钢管再生混凝土短柱、钢管和再生混凝土的受力过程进行了分析,并对钢管和再生混凝土的承载力变化趋势进行了研究,探讨了取代率、含钢率、再生混凝土强度和钢材强度等因素对于圆钢管再生混凝土轴压短柱极限承载力的影响.结果表明:取代率对于圆钢管再生混凝土轴压短柱的极限承载力影响很小;而含钢率、再生混凝土强度与钢材强度对于圆钢管再生混凝土轴压短柱的极限承载力影响较大,并且可以显著提升极限承载力.     

圆钢管高强混凝土轴压短柱性能的试验研究

通过12根圆钢管普通强度混凝土和24根圆钢管高强混凝土轴心受压短柱的试验,描述了圆钢管高强混凝土轴压短柱的试验现象和破坏过程,分析了其破坏机理;讨论了影响圆钢管高强混凝土轴压短柱力学性能的主要因素,包括钢材强度、混凝土强度、含钢率和套箍系数等;比较国内设计规程在计算圆形钢管混凝土强度承载力时的差异,提出可供工程应用参考的结论．     

CFRP-薄壁圆钢管混凝土组合短柱的非线性有限元分析

利用ANSYS软件建立了CFRP-薄壁圆钢管混凝土组合短柱、钢管混凝土柱、素混凝土柱对比柱的三维有限元模型,并对比分析上述3种构件在轴压作用下的延性和极限承载力的差异.研究结果表明:CFRP-薄壁圆钢管混凝土柱的极限承载力比钢管混凝土柱有较大提高(模拟的单层粘贴构件约提高11％,双层粘贴构件约提高25％),且整体刚度好,表现为弹性阶段轴向位移小,当CFRP断裂后,钢管能继续提供塑性支持;钢管混凝土柱的极限承载力比素混凝土柱提高约4倍,延性也得到很大改善;ANSYS模拟值与文献[1]中的试验值和计算值吻合较好.     

矩形钢管混凝土平面框架结构抗震性能的试验研究

以柱轴压比和长细比为参数,进行了四榀单层单跨由方钢管混凝土柱-矩形钢管混凝土梁组成的全矩形钢管混凝土框架的低周反复荷载试验,研究分析了该类结构体系的滞回曲线、延性、破坏机理和特征;考察了各参数对结构体系受力性能及抗震性能的影响规律.研究表明,方钢管混凝土柱-矩形钢管混凝土梁框架结构的滞回曲线饱满,没有明显的捏缩现象;位移延性系数在3.05～3.49之间,满足延性框架的要求.各参数对框架受力性能的影响表现为:随着柱轴压比的增加,试件的承载力提高,位移延性减小,刚度退化的趋势更明显.长细比不但影响曲线的形状,也影响曲线的数值.随着长细比的增加,试件的刚度降低,水平承载力明显下降,屈服位移和破坏位移显著增加.由试验结果可知,方钢管混凝土柱-矩形钢管混凝土梁框架结构具有良好的抗震性能,有进一步研究和推广应用的价值.     

泡沫混凝土填充圆钢管的轴压力学性能

采用试验和有限元模拟方法,研究泡沫混凝土填充圆钢管构件在轴压荷载作用下的力学性能. 通过轴压试验,分析短柱构件的耗能能力和长柱构件的轴压承载力,短柱构件发生叠缩破坏变形模式,耗能能力随着泡沫混凝土密度的提高而显著增强,长柱构件发生整体失稳破坏,稳定承载力随着泡沫混凝土密度的增大而增大. 基于ABAQUS的Explicit求解器,建立泡沫混凝土填充圆钢管构件的数值模型,获得的模拟结果与试验结果吻合良好. 开展参数分析,讨论径厚比、长细比及填充泡沫混凝土密度等因素对长柱构件承载能力的影响. 研究结果表明：长柱构件的稳定承载力随着长细比和径厚比的增大而减小,随着填充的泡沫混凝土密度的增大而增大. 基于Perry-Robertson公式,推导了泡沫混凝土填充圆钢管长柱构件的稳定承载力公式. 预测结果表明,该公式能够很好地预测长柱构件的稳定承载力.     

用于海洋平台结构的钢管混凝土摇摆柱构造性能试验研究

为研究摇摆柱海洋平台结构的摇摆柱构造形式,研究制作了10个组合型钢管混凝土构件,采用圆钢管、圆钢管-工字钢、圆钢管-圆筒、方钢管、方钢管-工字钢、方钢管-圆筒6种截面形式进行三点弯曲试验.研究了不同形状、截面形式的组合型钢管混凝土在三点弯曲试验过程中的破坏过程,包括破坏形态、承载能力和变形能力;并且通过局部横纵比和局部应变分析加载后试件内部变化和受力特征.试验结果表明:试件在加载过程中,钢管与混凝土以及钢管混凝土中内置的型钢在不同阶段有着不同的受力特征和协同工作机理;圆钢管混凝土更有利于钢管对混凝土发挥套箍作用,从而提高构件承载能力和变形能力;内置圆筒的双圆筒截面形式构件抗剪性能最好.     

网壳结构钢与混凝土组合节点力学性能试验

为研究钢与混凝土组合的网壳节点在轴压和压弯荷载作用下的力学性能,对10个不同参数的钢与混凝土组合的节点进行试验研究.试验构件主要变化参数包括:内圆钢管的壁厚和半径、外圆钢管的壁厚及矩形钢管与外圆钢管的不同连接方式.试验研究表明:在轴压和压弯荷载作用下节点表现出了与钢管混凝土相似的特点,具有较高的承载力和良好的塑性变形能力;内圆钢管的壁厚和半径对节点承载力影响较大,外圆钢管的壁厚对节点承载力影响较小;连接方式对节点承载力影响较大,圆钢管高于矩形钢管的节点承载力比圆钢管与矩形钢管齐平的承载力至少提高15%;轴压荷载作用下节点的破坏方式可以分为中心压缩和梭形偏转破坏;压弯荷载作用下节点的破坏方式分为节点和钢管屈服破坏.     

内嵌耗能壳板高强钢圆钢管桥墩抗震性能

基于损伤控制原理,提出根部设置可更换耗能墩柱的圆钢管桥墩.为提高圆钢管桥墩的强度,根部耗能墩柱采用高强钢圆钢管,并内嵌可为外部钢管壁板提供屈曲约束支撑作用的耗能壳板.为探讨此类内嵌耗能壳板高强钢圆钢管桥墩的抗震性能,共开展了2组7根此类圆钢管桥墩的拟静力试验研究.对比分析了桥墩试件的荷载位移滞回曲线、骨架曲线、承载能力、强度退化、刚度退化及耗能能力,获得了内嵌耗能壳板、轴压比等因素对此类高强钢圆钢管桥墩滞回性能和破坏机理的影响规律.试验结果表明：根部设置内嵌耗能壳板对高强钢圆钢管桥墩的承载力影响较小,但可使试件的变形能力和耗能能力增大.内嵌耗能壳板高强钢圆钢管桥墩的强度退化较为平缓,且最终残余变形减小.在柱顶轴向压力和水平往复荷载作用下,此类桥墩的初始刚度和耗能能力随轴压比的增大而增大.在偏心压力和水平往复荷载作用下,轴压比对此类高强钢圆钢管桥墩的破坏形态、刚度退化和耗能能力具有较大的影响,而对其承载力的影响较小.     

CFRP-超薄壁圆钢管混凝土轴压短柱承载力的简化计算

基于合理的CFRP筒、钢管和核心混凝土在极限荷载时的应力状态的假设,采用极限平衡法并运用MatLab软件作为运算工具,推导出钢管壁厚小于2mm、径厚比大于120的CFRP-超薄壁圆钢混凝土轴压短柱的承载力计算表达式.结果表明:相对于普通的CFRP-钢管混凝土短柱,CFRP-超薄壁圆钢管混凝土轴压短柱的钢管套箍指标被折减,其承载力有所降低.通过对9个构件的轴心受压试验表明,计算表达式的计算值与试验值吻合良好.     

圆钢管混凝土柱轴心受压承载力计算

利用353根钢管混凝土柱轴心受压试验结果,以混凝土强度、钢管强度和钢管径厚比为参数,分析《钢管混凝土结构技术规程》(CECS28:2012)中圆钢管混凝土柱轴心受压承载力计算方法的合理性.结果表明:CECS28:2012可以合理预测圆钢管混凝土短柱的轴心受压承载力,但对长柱的轴心受压承载力计算值过于保守且离散较大.在本研究参数取值范围内,提高混凝土强度和增大径厚比对CECS28:2012轴心受压承载力计算值准确性的影响不明显.随着钢管强度增大,圆钢管混凝土柱轴心受压承载力计算值与试验值的比值呈下降的趋势.基于CECS28:2012钢管混凝土短柱轴心受压承载力计算方法,提出适用于长细比为4~38.5的钢管混凝土长柱的轴心受压承载力折减系数计算公式,可为工程应用和规范修订提供参考.